Seminar/Article Journal club

Magnon Polarons in the Spin Seebeck Effect

개요 : YIG의 magnon과 phonon이 커플링하는 현상을 Magnon driven spin Seebeck effect로 확인했으며, phonon과 magnon band가 접할 때 spin Seebeck signal이 급증한다.

1. Sample structure : GGG 0.5 mm | YIG 5 μm | Pt 5 nm

1) YIG(Y3Fe5O12) : ferrite garnet 구조의 ferromagnetic insulator

2) Pt : Inverse spin Hall effect (spin current detector)

2. 샘플에 대해 Longitudinal spin Seebeck effect(LSSE)를 측정.

1) Thermal gradient : thermocouple을 사용해 측정

2) Field : -10 T ~ 10 T ~ -10 T (superconducting magnet)

3. Result

1) YIG 의 LSSE가 관찰 / ΔT가 증가하면 signal의 크기 증가

2) 2.6 T (magnon – TA phonon) 와 9.5 T(magnon – LA phonon) 에서 LSSE signal의 peak이 보임

- Magnon band와 phonon band가 접할 때 나타나는 것으로 예상

- YIG의 Magnon band와 phonon band 조사 및 접점을 계산해본 결과 peak이 나타나는 위치와 일치

3) Magnon과 Phonon이 couple될 때 어떤 현상이 나타나는지 계산

(1) Magnon의 relaxation time << phonon의 relaxation time

(2) Magnon과 phonon이 couple 되며 phonon – like한 Magnon이 생김 (long relaxation time)

(3) Magnon band 와 phonon band가 접할 때 phonon like한 magnon band 개수가 최대가 됨 >> LSSE에 기여하는 Magnon # 최대

(4) peak의 개형이 계산결과와 실험결과가 정성적으로 일치(peak이 나타난 후 급감하는 점, 두 점이 겹칠 때가 교점이 없을 때보다 더 큰 signal을 갖는 점 등)

4. 요약

YIG의 magnon driven spin Seebeck signal이 특정 field에서 최대가 됨을 확인했으며, 이를 magnon과 phonon이 접하여 두 준입자가 coupling이 최대가 되며 나타나는 현상이라 주장함. Magnon과 phonon이 커플링하면서 phonon–like한 magnon들이 나타남 / LSSE에 기여하는 magnon number가 증가하기 시작함. 두 band가 접할 때 phonon–like한 magnon number가 최대가 되어 total magnon # 가 증가하게 됨.

작성 김현규
E-mail : kimkkol@kaist.ac.kr

참석자(ZOOM seminar): 박민규, 원운재, 박재현, 이택현, 김현규, 이근희, 송무준, 양지석, 지유빈, 고산

DOI:
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.207203